摘要：由于我國聯合收割機信息化水平普遍較低，且普遍存在故障率高、平均無故障時間短、作業過程中損失率偏高等問題，因此設計基于物聯網技術的聯合收割機遠程監測系統，通過結合傳感器技術、視頻技術、通信技術與數據庫技術，實現將聯合收割機的故障監測預警與故障分析結合，有效的對聯合收割機進行檢測，從而解決技術人員由于空間距離帶來的時間消耗以及現場作業人員技術水平不足的問題，可以有效解放勞動生產力;基于物聯網技術的聯合收割機遠程監控及故障診斷技術具有重要的社會經濟價值。
關鍵詞：聯合收割機;遠程監測;物聯網;故障診斷;數據庫
隨著科技的發展及農機裝備的現代化進程的推進，聯合收割機已經逐步向自動化、信息化、智能化發展。在農業機械的作業管理上，傳統的方式是通過走訪記錄農業機械的運作情況，但由于我國農業機械分布范圍廣泛，傳統的方式獲取到的信息滯后且不夠全面，對于季節性強的農業作業，農業機械長時間工作的高可靠性就是作業按時完成的保證。
管理人員可以通過基于物聯網技術的遠程監測平臺獲取更加全面的數據[1]，針對不同的情況采取不同的作業策略，得到最佳的作業路線。同時通過車載端的監測數據分析機械設備的狀態，預防故障的發生從而減少對作業的影響。在農業機械的故障診斷上[2]，傳統的方式主要是根據經驗判斷或者故障出現導致機械設備不能正常工作時才進行故障的處理，故障處理的不及時將嚴重影響農業機械的使用性能。
將故障診斷技術應用到農業機械上，一定程度上改善了傳統的方式無法實時、準確定位故障的情況[3]。但是農業機械工作環境的惡劣以及農業生產周期的特殊性，故障的診斷與預測的效果并不理想，因此針對農業機械的遠程監測與故障診斷的研究是目前農業機械發展的主要方向。
1.聯合收割機監測平臺設計
1.1遠程監測平臺架構設計
為滿足聯合收割機遠程監測平臺[4]的功能需求，結合B/S架構系統的特點與應用，設計了主要包括通信服務器、數據庫服務器和web服務器等三個部分組成的遠程監測平臺。通信服務器部署在遠程服務器上，負責與車載采集系統進行通信，并完成數據的傳輸與數據的存儲;數據庫服務器用來保存運行數據、報警數據、用戶信息、設備信息等。Web服務器用來響應管理人員和車主的請求，并根據采集到的數據進行故障的診斷與預警，也能通過該平臺了解聯合收割機的運行狀況，對跨區作業的聯合收割機進行遠程調配。
1.2物聯網平臺組織架構設計
物聯網平臺是基于相關管理平臺上的資源模型所搭建的多數據輸入平臺。在每個用戶下，對終端傳感器上傳的數據點的管理都是以設備的形式進行的，每個用戶可以創建多個設備，每個設備下也能添加多個傳感器，設備表示一組傳感器的集合，來自終端的數據點則上傳至對應的傳感器下，通過終端設備中編寫物聯網平臺接入程序，完成數據采集、協議封裝、數據點上傳等工作，數據成功上傳至平臺后，物聯網平臺會在相應的傳感器下生成隨時間推移的數據點，以更直觀的表現形式呈現數據的變化情況，用戶可以對其管理范圍內的產品、設備、傳感器、數據點等資源進行管理，包括創建、編輯、羅列、查看、刪除等操作。
2.聯合收割機故障故障診斷系統
2.1故障診斷數據庫建立
建立故障征兆數據庫和故障查詢數據庫并設計故障查詢系統，遠程監視中心的工作人員可以結合傳感器的監測數據[5]和視頻圖像信息來判斷故障的原因并利用故障查詢系統迅速找到解決故障的方法。在尋找故障解決辦法的時候，根據情況的不同可以有兩種查找方式選擇：目錄查找和模糊查找。目錄查找適用于對故障的發生原因比較清楚的情況下;模糊查找適用于對于故障發生的原因不太確定的情況下，根據查找結果進行排除或逐一判斷。以此作為遠程監測平臺的故障診斷方法[6]，在實際生產作業具有較高的實用意義，降低了對故障診斷工作的難度，提高了故障診斷效率，有利于聯合收割機正常的生產作業。
2.2數據采集傳感器設計
數據采集傳感器采集滾筒轉速、前進速度、割臺攪龍轉速都是采集其相關轉速，其中前進速度通過測量聯合收割機前進轉動內輪獲得。轉速的測量有多種方法：霍爾、光電、多普勒效應等。由于收割機特殊的結構以及作業環境的復雜性，本系統選用抗干擾性能好的霍爾傳感器來測量轉速，其使用方便、輸出信號穩定并且實惠。其工作的原理是傳感器檢測到磁場信號時會輸出一個電壓脈沖，電壓脈沖經過整形電路后輸出可識別的電平信號。傳感器的工作電壓為12V，檢測到磁場信號后的輸出脈沖電壓通過光電隔離器件將信號的幅值整定至3.3V電平并由施密特觸發器74HC14對信號進行整形。
2.3遠程監視端設計
對于遠程監視端[7]，既要接收工作參數信息，也要接收視頻圖像信息，從機載端發來的信息經過服務器中轉后被遠程監視中心的計算機接收[8]。根據系統功能需要，采用模塊化的設計思想，根據程序功能將應用程序分為機載視頻監視程序、嵌入式視頻服務器程序、接入物聯網平臺所需的圖像、定位信息處理程序及信息交互工具等三個部分，分模塊實現系統各部分功能，有利于降低耦合，便于系統功能擴展及后期調試和維護。在遠程監視端建立故障征兆數據庫和故障查詢數據庫，故障征兆數據庫中存儲故障發生時各個被監測部件的工作參數，故障查詢數據庫存儲各種故障以及故障發生的原因和解決方法，并設計軟件實現故障的快速查詢。
3.聯合收割機故障診斷性能測試
本文中設計的遠程監測系統安裝在聯合收割機上進行性能測試。當設備處于在線狀態時，遠程監視端可進行視頻請求，視頻流從機載端由媒體服務器傳輸給遠程監視端，并在遠程監視端播放，可在遠程端看到的割臺、駕駛室和脫粒滾筒的圖像。測試結果表明，隨著分辨率和幀率的提高，CPU和內存資源占用率增加。因為采集的圖像分辨率與幀率越高，產生的數據量越大，圖像數據處理需要占用更多的CPU和內存資源。本文設計的遠程監視屏幕在田間測試時仍能得到實時性良好、清晰流暢的視頻圖像，滿足聯合收割機正常工作需求。當故障發生時，故障數據庫[9]和遠程視頻能夠幫忙快速地判斷故障并找出解決方案，指引現場工作人員及時排查聯合收割機故障狀態，盡快使聯合收割機恢復正常工作。
4.結果與討論
基于物聯網技術的聯合收割機遠程監控平臺運用計算機技術、現代通訊技術、傳感器技術等，不僅能夠實現跨越空間限制的遠程監測，也為聯合收割機跨區作業提供了更為方便的平臺。通過分析歷史數據得到聯合收割機的運行規律，并與采集到的數據相融合，提高故障診斷的準確性。此遠程監測系統在聯合收割機監控系統中具有較好的表現，為現代化農業聯合收割機監測系統提供了優越的條件，具有良好的市場推廣前景。
參考文獻
[1]嚴澤明，翟珊珊，張書峰.基于物聯網技術的空氣壓縮機遠程監控系統[J].電視技術，2019，43(18)：36-37+60.
[2]王威.淺析機械制造設備遠程監控與故障診斷技術[J].化工管理，2019(36)：142-143.
[3]韓芳.淺析網絡技術在機械故障診斷中的應用[J].網絡安全技術與應用，2020(02)：105-106.
[4]許永俊.淺析機械制造設備遠程監控與故障診斷技術[J].中國設備工程，2019(12)：104-105.
[5]羅如崗.海上平臺起重機狀態監測及故障診斷技術研究與應用[J].石油和化工設備，2019，22(10)：83-87.
[6]張智藝.基于LabVIEW的遠程實時監控和故障診斷系統的開發[J].工業安全與環保，2019，45(07)：18-22.
[7]魏珊珊.機械制造設備遠程監控與故障診斷技術分析[J].科學技術創新，2019(16)：96-97.
[8]韓芳.淺析網絡技術在機械故障診斷中的應用[J].網絡安全技術與應用，2020(02)：105-106.
[9]孟克.機械制造設備遠程監控與故障診斷技術分析[J].內燃機與配件，2018(20)：168-169
推薦閱讀：物聯網技術計算機信息化論文投稿
